JGG｜方晓东/魏泓团队发现微生物群塑造小鼠脾脏解剖结构和免疫功能

肠道微生物与其宿主表现出复杂的相互作用，并在整个生命周期中塑造生物体的免疫系统。脾脏作为最大的次级淋巴器官，是进行免疫应答的重要场所。然而，目前仍不清楚微生物与脾脏相互作用的分子机制以及微生物群对脾脏免疫细胞转录过程的影响。

2023年5月6日，Journal of Genetics and Genomics在线发表华大生命科学研究院方晓东研究员和中山大学魏泓研究员团队合作题为“Microbiota-mediated shaping of mouse spleen structure and immune function characterized by scRNA-seq and Stereo-seq”的研究论文。该研究揭示了微生物群塑造小鼠脾脏的解剖结构和免疫功能，缺乏微生物群会导致小鼠脾脏分层结构紊乱。

文章页面截图

为探索微生物群在调节和塑造脾脏中的作用，研究人员使用华大自主研发的scRNA-seq和Stereo-seq对无菌(germ-free, GF)和无特定病原体(specific pathogen free, SPF)小鼠脾脏的组织大小、解剖结构、细胞类型、功能和空间分子的差异特征进行分析，鉴定出18种免疫细胞类型、9种T细胞亚型和7种B细胞亚型。

研究发现，缺乏微生物群会导致小鼠脾脏红髓区红细胞生成发生改变，白髓区先天性免疫缺陷。研究人员还发现脾脏中的免疫细胞具有清晰的层次结构，包括边缘区(marginal zone, MZ)巨噬细胞、MZ B细胞、滤泡B细胞和T细胞均以明确的层次从外到内分布。然而，这种层次结构在GF小鼠中受到干扰。趋化因子Ccr7和Cxcl13分别在T细胞和B细胞的空间位置特异性表达。研究人员推测微生物群可能通过调控趋化因子的表达水平来调节脾脏免疫细胞的结构组成或分配。

scRNA-seq和Stereo-seq分析揭示GF鼠脾脏空间分层结构紊乱

A: 实验方案设计图；B: scRNA-seq鉴定出18种免疫细胞类型；C: SPF鼠的空间结构示意图；D: GF鼠的空间结构示意图

综上所述，该研究表明缺乏微生物群会导致小鼠脾脏解剖结构和免疫功能异常，该结果对于理解微生物群在调节脾脏免疫功能中的关键作用具有重要意义。

*引用本文

Yin Zhang, Juan Shen, Wei Cheng, et al. Microbiota-mediated shaping of mouse spleen structure and immune function characterized by scRNA-seq and Stereo-seq[J]. Journal of Genetics and Genomics, 2023. DOI：10.1016/j.jgg.2023.04.012.

作者简介

中国科学院大学生命科学学院与华大生命科学研究院联合培养博士生张银为该论文第一作者。华大生命科学研究院方晓东研究员和中山大学魏泓研究员为共同通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金委和中国深圳市科技创新委员会等项目资助。

 第一作者面对面

张银

自我介绍

大家好，我叫张银，出生于湖北黄冈，现为中国科学院大学生命科学学院和华大生命科学研究院联合培养博士生。我的指导老师为华大生命科学研究院方晓东研究员，研究方向为单细胞和空间转录组学在肿瘤基因组学和肠道微生物方面的应用。

业余兴趣爱好

我喜欢跑步、羽毛球、阅读和旅行。

目标或愿景

我将以“基因科技造福人类”为目标，在生命科学领域深耕，争取取得更重大的突破和创新性成果。

你心目中最喜欢或敬仰的科学家

居里夫人。在科研上她具有坚毅刻苦、不屈不挠的顽强精神；在人格上她具有淡泊名利、追随内心的高尚品格；在生活中她具有无私奉献、乐于助人的美好品德。

如何向你的家人朋友介绍研究的内容和意义？

这篇文章的两个主角是小鼠的脾脏和肠道微生物。我们的肠道里住着数以万计的微生物，可以说微生物是人体最大的“器官”。而脾脏作为身体的最大外周免疫器官，具有清除衰老红细胞和免疫应答的功能。假如肠道里的微生物不见了，我们的脾脏会发生什么变化呢？事实上缺乏微生物会导致脾脏的红细胞生成异常和免疫功能缺陷。这种异常可能是由于某些因子的表达异常所致。此外，正常脾脏里有很多种免疫细胞亚型，且部分免疫细胞亚型的分布是很有规律的，但这种规律在缺乏微生物时是不存在的。这些发现对于治疗免疫紊乱相关疾病具有参考意义。

在课题研究过程中，你遇到过什么特别的困难，是如何克服的？

困难一：在实验过程中，前期由于技术、试剂、操作不稳定性等因素，导致获得的单细胞和空间转录组数据质量并不理想。后来经过不断研发、测试和改进实验步骤，最终获得质量较好的可用于分析的数据。

困难二：在分析过程中，需要应用一些之前没有了解过的软件和算法。此时需要先去调研文献，查找和确定合适的算法和软件，然后去软件官网自行学习教程，了解原理。通过一次次测试，解决报错，最终完成分析。

在得知论文被接收后，你的感觉是什么？

在得知论文被接收后，我既感到高兴又觉得意料之中。高兴是因为这是我研究生生涯中的第一篇SCI文章，这篇文章的接收对于我来说意义非凡。从论文设计、实验、数据分析，最终再到文章撰写，整个过程对我的科研素养都有一个较好的训练。意料之中是因为我们团队在这篇论文里倾注了大量的时间和心血，我们的付出也得到编辑和同行评审的认可，我们倍感欣慰。

在你的研究领域中，你认为最具挑战性的科学问题是什么？

在不同类型肿瘤发生发展的过程中，哪些基因起着关键作用？如何起作用？这背后的关键转录程序的分子机制及治疗应对措施是什么？

本文转载自：JGG遗传学报

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